FI75673B - Apparat foer maetning av partikelstorleksfoerdelningen hos pulver. - Google Patents

Description

! 75673

Jauheiden hiukkaskokojakaumaa mittaava laite

Esillä oleva keksintö kohdistuu jauhemaisten aineiden analyysiin ja tarkemmin sanottuna jauheiden hiukkaskokojakaumaa mit-taavaan laitteeseen.

Keksintöä voidaan käyttää analysoimaan hiukkaskokojakaumaa mikrojauheissa, joiden kokoalue on 63-0,5 ^um, lääke-, hajuvesi- ja kemiallisessa teollisuudessa samoin kuin sellaisten tuotteiden kuten talkin, kaoliinin, liidun, kvartsin, kiilteen, posliinin, sementin ja hiovien aineiden tuotannossa ja käytössä.

Tunnetusta tekniikan tasosta tunnetaan laitteita, joilla tutkitaan teollisten aerosolien ja erilaisten jauhemaisten aineiden fysikaalisia ominaisuuksia ja joiden toimintaperiaate perustuu hiukkasten alustavaan sähköistykseen, jota seuraa hiuk-kasvarauksen mittauksessa saatujen sähkösignaalien käsittely (vrt. esim. USSR-keksijäntodistus n:o 372 483, luokka G01N 15/02, 1973, US-patentti n:o 3 718 029, luokka 73-28, 1973).

Laite käsittää kaasukanavan, joka on tarkoitettu tuottamaan sus-pendoitujen hiukkasten virran, sähkövaraajan, joka muodostuu elektrodista, joka pystyy tuottamaan koronapurkauksen, jolloin hiukkasille annetaan niiden pinta-alaan verrannollinen varaus, ja kokonaishiukkasvarausta mittaavan mittarin.

Tällainen laite on kuitenkin pääasiassa tarkoitettu mittaamaan hiukkasten konsentraatiota teollisissa aerosoleissa tai jauhemaisissa aineissa tilavuusyksikköä kohti, kun sen sijaan laitteen käyttö tällaisten aineiden hiukkaskokojakauman (dispersio-koostumuksen) analysointiin on hyvin vaikeaa.

Lisäksi jauheen hiukkaskokojakauman analyysi tällaisissa laitteissa kestää useista tunneista useihin päiviin, mikä mutkistaa huomattavasti kyseistä analyysiä tarvitsevaa tuotantoprosessia.

2 75673

Tekniikan taso tuntee myös jauheiden hiukkaskokojakaumaa mit-taavan laitteen, joka käsittää analysoitavan jauhemaisen aineen erillisten hiukkasten muodostamaksi kaasumaiseksi virraksi muuttavan laitteen (jota muuten nimitetään jauhenäytesumutti-meksi), johon kuuluu syöttösuppilolla varustettu kotelo ja kotelon ulkopinnalla sijaitseva sähkömagneettinen päätärytin. Mainitussa kotelossa on peräkkäin suppilon jälkeen sovitettuina verkkopohjainen mittauskuppi, joka on yhdistetty päätäryttimeen vetotangolla, joka sijaitsee kotelon sisällä ja on yhdistetty päätäryttimeen kotelon kamessa olevan reiän välityksellä, tulo-suppilo ja yksikierteiseksi kierukaksi taivutettu putki.

Sekä suppilo että putki on yhdistetty jäykästi annkuriin, jonka ulkopinnalla on rengasmainen harja, jolla ankkuri pakotetaan tiiviisti jousen avulla kotelon pohjan ulkopintaa vasten. Kyseinen laite käsittää myös lisätäryttimen, joka koostuu mainitusta ankkurista ja kelasta, ja ilmapuhaltimen, joka on yhteydessä kotelon sisätilaan ja sovitettu pakottamaan ilmaa mainitun laitteen läpi.

Laite käsittää myös jauheen muuttavan laitteen perään peräkkäin sovitettuina mainitun laitteen kanssa yhteydessä olevan varaus-kammion, joka on sovitettu antamaan hiukkasille niiden pinta-alaan verrannollisen varauksen, saostuskondensaattorin, jossa varatut jauhehiukkaset erotetaan kokojakeiksi, kondensaattoriin sovitetut varattujen hiukkasten anturit, joiden lukumäärä on sama kuin hiukkaskokojakeiden lukumäärä, vaihtokytkentälaitteen, joka on tarkoitettu lukemaan kunkin kokojakeen suhteellista osuutta koskevat tiedot jokaisesta anturista, elektrometrisen vahvistimen, joka on vaihtokytkentälaitteen välityksellä kytketty mainittuihin antureihin ja tarkoitettu muodostamaan sen ulostulossa esiintyvän pulssijonon, joka on karakteristinen analysoitavan jauheen hiukkaskokosuhteelle. Tunnetussa laitteessa on myös lisäilmapuhallin, joka on tarkoitettu pakottamaan ilmaa varauslaitteen ja saostuskondensaattorin läpi, staattisia varauksia neutraloiva yksikkö ja suurjännitelähteet va-rauskammiota ja saostuskondensaattoria varten (vrt. esim. USSR-keksijäntodistus n:o 530 229, luokka G01N 15/00, 1977).

3 75673

Tunnetussa laitteessa analysoitavasta jauheesta otettu näyte sijoitetaan syöttösuppilon kautta jauheen kaasumaiseksi hiuk-kasvirraksi muuttavan laitteen mittauskuppiin. Jauhehiukkas-ten ensimmäinen kokoluokitus suoritetaan seulomalla jauhenäyte mekaanisesti mittauskupin verkkopohjan läpi. Tämä saadaan aikaan johtamalla vaihtojännitettä, jonka taajuus on muutama Hz, päätäryttimen käämiin, jolloin mittauskuppi saatetaan värähtelevään liikkeeseen vetotangon välityksellä. Mittauskupin ulostulossa jauheen vie mukanaan tulosuppilon alueella ilma-puhaltimen näytesumuttimeen pakottama ilmavirta yksikierteisek-si kierukaksi taivutetun putken sisään, jossa tapahtuu jauheja-keiden lopullinen kokoluokitus suurella nopeudella puhalletun ilman avulla. Jotta estettäisiin jauhehiukkasia saostumasta tulosuppilon alueelle ja putken sisään, käytetään lisätärytintä, joka käsittää ankkurin ja ankkurikelan. Kun lisätäryttimen kelan käämiin johdetaan vaihtojännitettä, jonka taajuus on 50 Hz, tapahtuu ankkurin sekä tulosuppilon ja siihen jäykästi yhdistetyn putken jaksoittainen täristys, jolloin ankkurin värähtely-taajuus on paljon pienempi kuin mittauskupin värähtelytaajuus.

Tällä tavoin jauhenäyte muutetaan laitteen ulostulossa erillisten hiukkasten muodostamaksi kaasumaiseksi virraksi, joka syötetään varauskammioon aerosolivirtana. Kammioon joutuvat aerosolihiukkaset saavat sitten sähkövarauksen, kun niihin on vaikuttanut koronapurkaus yksinapaisella avaruusvarauksella, niin että samankokoiset hiukkaset saavat samanlaiset varaukset. Myöhemmin varattujen hiukkasten virta syötetään saostuskonden-saattoriin, jossa dispergoitu aerosolifaasi erotetaan sähköstaattisten kenttävoimien vaikutuksesta kokojakeiksi, jotka saostuvat eri välimatkojen päähän virran sisääntulokohdasta saostuskondensaattoriin. Tämän jälkeen anturit tunnistavat signaalit, jotka kukin vastaavat tietyn jakeen hiukkasten varaus-määrää ja jotka ovat karakteristisia hiukkaskoolle. Nämä signaalit syötetään sitten elektrometriseen vahvistimeen, jonka ulostulossa esiintyy pulssijono, joka on karakteristinen analysoitavan jauheen hiukkaskokojakaumalle. Kun signaalit on rekisteröity, muodostunut pöly poistetaan ja staattiset varaukset neutraloidaan.

4 75673

Eräs edellä mainittuun prosessiin liittyvä epäkohta on se, että pää- ja lisätäryttimen keloihin johdettujen jännitteiden taajuuksien välisen eron takia osa jauhehiukkasista saostuu tulosuppilon pinnalle ja putken sisään, minkä seurauksena näin kertyneet jauhekerrokset pyrkivät siirtymään paikaltaan seuraa-van analyysin aikana, niin että laitteen ulostulossa esiintyy jauhenäyte, jolla on hyvin suuri konsentraatio, mikä vuorostaan huomattavasti pienentää jauheiden hiukkaskokojakauman analyysiin käytetyn laitteen tarkkuutta.

Toisaalta saman taajuuden (muutama kHz) omaavan jännitteen syöttö sekä pää- että lisätäryttimen keloihin aiheuttaa seu-raavat kielteiset ilmiöt: - ensiksi ankkuri juuttuu kiinni jousen hitauden takia ja lopettaa mahdollisesti värähtelyliikkeensä, ja - toiseksi käytetty jauhemäärä suurenee jyrkästi.

Lisäksi tunnetulle laitteelle on ominaista, että jauheen seulonta mittauskupin verkon läpi kestää kauan jauheen saostumisen takia verkolle, mikä kokonaisuudessaan vaikuttaa haitallisesti analysoitavan jauheen hiukkaskokojakaumasta saatujen tietojen tarkkuuteen ja käyttökelpoisuuteen.

Esillä olevan keksinnön ensimmäisenä ja pääasiallisena tarkoituksena on sen tähden saada aikaan jauheiden hiukkaskokojakaumaa mittaavassa laitteessa joitakin parannuksia, jotka saavutetaan toteuttamalla jauheen erillisten hiukkasten muodostamaksi kaasumaiseksi virraksi muuttavan laitteen rakenteessa joitakin muutoksia siten, että jauhetta estetään saostumasta laitteen koko alueelle, seulonta-aikaa lyhennetään ja jauheen kulutus pidetään aiemmalla tasolla.

Tarkoitus saavutetaan siten, että jauheiden hiukkaskokojakaumaa mittaavassa laitteessa, joka käsittää laitteen, joka muuttaa jauheen erillisten hiukkasten muodostamaksi kaasumaiseksi virraksi ja johon kuuluu kotelo, jossa on syöttösuppilo ja peräkkäin sovitettuina verkkopohjainen mittauskuppi, joka on yhdis- 5 75673 tetty sähkömagneettiseen täryttimeen, suppilo ja yksikiertei-seksi kierukaksi taivutettu putki, jolloin sekä suppilo että putki on yhdistetty jäykästi ankkuriin, jossa on rengasmainen harja ja jonka jousi pakottaa kotelon pohjaa vasten, ilmapuhal-lin, joka on sovitettu pakottamaan ilmaa laitteen läpi, peräkkäin jauheen muuttavan laitteen jälkeen sovitettuina varauskam-mio, jossa jauhehiukkaset saavat niiden pinta-alaan verrannollisen varauksen, saostuskondensaattori, jossa varatut hiukkaset erotetaan kokojakeiksi, varattujen hiukkasten anturit, joiden lukumäärä on sama kuin hiukkaskokojakeiden ja jotka on yhdistetty sähköisesti elektrometriseen vahvistimeen, ja lisäilmapuhal-lin, joka on sovitettu pakottamaan ilmaa varauslaitteen ja saostuskondensaattorin läpi,on jauheen muuttavassa laitteessa keksinnön mukaisesti täryttimen kela sijoitettu magneettisesta aineesta tehtyyn koteloon, jonka pohjassa on ontto sylinteri, joka on sovitettu sama-akselisesti mittauskupin kanssa, joka on yhdistetty täryttimeen magneettisesta aineesta tehdyllä tangolla, joka on kiinnitetty vapaasti kantavasti kotelon seinään ja jonka vapaa pää kannattaa mittauskuppia ja joka on sovitettu sulkemaan onton sylinterin pohjassa olevan aukon täryttimen kelan käämiin syötetyn virtapulssin vaikutuksesta, jolloin joustava kalvo, jossa on aukko liikailman poistamiseksi laitteen kotelosta, sijaitsee ankkurin harjan alapuolella, hiukkasvirran liikkeen suuntaa pitkin.

On sopivaa, että jauheen erillisten hiukkasten muodostamaksi kaasumaiseksi virraksi muuttava laite on varustettu tasaisella synkrokäynnistysyksiköllä ilmapuhallinta ja sähkömagneettista tärytintä varten.

Keksinnön mukaisella, jauheiden hiukkaskokoa mittaavalla laitteella on seuraavat edut.

1. Laitteen avulla voidaan estää jauheen saostuminen jauhe-sumuttimen alueelle ja niin ollen hyvin suuren konsentraation omaavan jauheen poistuminen toistuvien mittausten aikana.

6 75673 2. Laitteen avulla voidaan estää hyvin suuren konsentraation omaavan jauheen poistuminen mittauksen alussa.

3. Laite mahdollistaa jauheen seulonta-ajan huomattavan lyhennyksen jauheen erillisten hiukkasten muodostamaksi kaasumaiseksi virraksi muuttavassa laitteessa.

Edellä mainittujen edullisten ominaisuuksien ansiosta analysoin-titarkkuus on paljon suurempi ja jauheiden hiukkaskokojakauman analyysiin käytetty aika lyhenee huomattavasti.

Keksintö käy paremmin selville seuraavasta sen erään suoritusmuodon yksityiskohtaisesta selityksestä, jossa viitataan oheisiin piirustuksiin, joissa keksinnön mukaisesti kuvio 1 on jauheiden hiukkaskokojakaumaa mittaavan laitteen toimintalohkokaavio, j a kuvio 2 on pituusleikkauskuva jauheen erillisten hiukkasten muodostamaksi kaasumaiseksi virraksi muuttavasta laitteesta.

Jauheiden hiukkaskokojakaumaa mittaava laite käsittää analysoitavan jauheen erillisten hiukkasten muodostamaksi kaasumaiseksi virraksi muuttavan laitteen 1 (kuvio 1) ja laitteen 1 kanssa yhteydessä olevan kammion 2, joka on tarkoitettu antamaan kullekin jauhehiukkaselle sen pinta-alaan verrannollisen varauksen. Varauskammio 2 on rakenteeltaan tavanomaista tyyppiä ja voi käsittää esimerkiksi kaksi koronapurkausosastoa ja varausosaston. Ilman puhdistukseen ja ilmavirran laminointiin tarkoitettu sähköstaattinen saostin 3 liittyy varauskammioon 2 ja on yhteydessä saostuskondensaattoriin 4, joka käsittää joukon varattujen hiukkasten antureita, jotka ovat sähköisesti kytkettävissä elektrometriseen vahvistimeen vaihtokytkentälaitteiden 5 välityksellä. Mainittujen anturien lukumäärä on sama kuin koko-jakeiden määrä, joihin varattujen hiukkasten virta erotetaan. Laite käsittää myös ilmapuhaltimen 7, joka on tarkoitettu pakottamaan ilmaa varauskammion 2, sähköstaattisen saostimen 3 ja saostuskondensaattorin 4 läpi, staattiset varaukset saostus-kondensaattorissa 4 neutraloivan laitteen 8, suurjännitelähteet 7 75673 9 ja 10 varauskammiota 2 vastaavasti saostuskondensaattoria 4 varten samoin kuin ilmapuhaltimen 11 ja yksikön 12 jauheen erillisten hiukkasten muodostamaksi kaasumaiseksi virraksi muuttavan laitteen ilmapuhaltimen 11 ja päätäryttimen tasaista synkronista käynnistystä varten.

Yksikkö 12 on rakenteeltaan tavanomainen ja voi käsittää esim. transistorin ja kondensaattorin, joka on kytketty transistorin kantaan. Yksikön 12 ollessa virroitettu sen lähtöjännite vaihtelee portaattomasti nollasta kyllästysarvoon. Lähtöjännitteen portaattoman lisäyksen aika riippuu käytetyn jännitteen muodosta ja on kondensaattorin kapasitanssin arvon funktio. Kuvion 2 mukaiseen jauheen erillisten hiukkasten muodostamaksi kaasumaiseksi virraksi muuttavaan laitteeseen kuuluu magneettisesta aineesta tehty kotelo 13, jonka pohjassa on ontto sylinteri 14, päätäryttimen kelan 15 käämi, joka kela on sijoitettu koteloon ja johon syötetään energiaa 300-500 Hz:n audiogeneraat-torista, ja magneettisesta aineesta tehty tanko 16, joka on kiinnitetty vapaasti kantavasti kotelon 13 sisäseinään ja jonka vapaa pää kannattaa verkkopohjaista mittauskuppia 17. Kuppi 17 on sovitettu sama-akselisesti onton sylinterin 14 kanssa, kun taas tanko 16 on tarkoitettu sulkemaan onton sylinterin 14 pohjassa olevan aukon täryttimen kelaan 15 syötetyn jännitepuls-sin vaikutuksesta. Kotelo 13 on tiiviisti suljettu kannella 18, jonka keskellä on kannella 20 varustettu, mittauskupin 17 kanssa sama-akselinen syöttösuppilo 19. Ilmapuhallin, jota ei ole esitetty kuviossa 2, on yhteydessä koteloon 13 kotelon 13 seinässä olevan tuloholkin 21 kautta.

Laitteeseen kuuluu myös ankkuri 22, johon on asennettu tulo-suppilo 23 ja sen kanssa yhteydessä oleva putki 24, joka on taivutettu yksikierteiseksi kierukaksi. Suppilo 23 ja putki 24 on sovitettu sama-akselisesti mittauskupin 17 kanssa.

Ankkurin 22 ulkopinnalla on rengasmainen harja 25.

Laite käsittää lisäksi joustavan kalvon 26, jossa on aukko 27, jonka läpi liikailma voi poistua kotelosta 13. Ankkuri 22 β 75673 menee joustavassa kalvossa 26 olevan keskiaukon läpi,ja kalvo pakotetaan ankkurin harjaa 25 vasten mutterin 28 avulla. Jousi 29 pakottaa ankkurin 22 rengasmaisen harjan 25 tiiviisti kotelon 13 pohjan ulkopintaa vasten.

Laitteeseen kuuluu myös lisätärytin, joka käsittää kotelon 30, jossa on keskinen sisäinen metalliuloke 31, johon lisätärytti-men kelan 33 pidin 32 on sovitettu.

Jauheiden hiukkaskokojakaumaa mittaava laite toimii seuraavasti.

Kannen 20 (kuvio 2) ollessa poistettu analysoitava jauhenäyte sijoitetaan syöttösuppilon 19 kautta laitteen 1 mittauskuppiin 17 (kuvio 1). Syöttösuppilo 19 (kuvio 2) suljetaan kannella 20, minkä jälkeen yksikköön 12 (kuvio 1) syötetään jännitettä, joka samanaikaisesti saa aikaan ilmapuhaltimen 11 tasaisen käynnistyksen ja virroittaa päätäryttimen kelan 15 (kuvio 2) käämin estäen siten erittäin suuren konsentraation omaavan jauheen vuodon analyysin alussa.

Alkuasennossa onton sylinterin 14 sisällä sijaitessaan ankkuri 22 puristuu tiiviisti kotelon 13 pohjaa vasten jousen 29 vaikutuksesta. Heti kun ilmavirran painetta pääsee koteloon 13 hoikin 21 kautta, koteloon 13 syntyvä liikailmamäärä pakottaa ankkurin 22 alaspäin ja osa ilmasta voi vapaasti poistua kotelosta 13 joustavan kalvon 26 aukon 27 kautta.

Kun jännitepulssi syötetään päätäryttimen kelan 15 käämiin, ontto sylinteri 14 ja ankkuri 22 magnetoidaan, minkä seurauksena magneettisesta aineesta tehty tanko 16 puristuu tiiviisti onton sylinterin 14 pohjaa vasten sulkien siten sen tuloaukon ja rajoittaen ilman pääsyä onton sylinterin 14 sisäosaan. Tämän seurauksena ankkuriin 22 kohdistuva ilman paine pienenee, ja ankkuri voi vapaasti palata alkuasentoonsa ja tukeutua rengasmaisella harjallaan 25 kotelon 13 pohjaa vasten, niin että se sopii siihen tiiviisti. Kotelon 13 sisällä kehittynyt 9 75673 liikailmavirta edistää jauhehiukkasten menoa mittauskupin 17 verkon läpi ja estää jauhetta saostumasta verkolle, mikä huomattavasti lyhentää seulonta-aikaa.

Kun päätäryttimen kelan 15 käämiin syötetty jännitepulssi on päättänyt toimintansa, terästanko 16 palaa alkuasentoon. Tällöin uudelleen kehittynyt ilmavirran liikapaine pakottaa ankkurin 22 alaspäin. Seuraavan jännitepulssin saapuessa koko sykli toistuu.

Sekä mittauskuppi 17 että ankkuri 22 saatetaan niin ollen väräh-telemään samanaikaisesti. Tulos on seuraavanlainen. Ensiksikin saavutetaan huomattavasti paremmat olosuhteet jauheen pääsylle mittauskupin 17 verkon läpi sen ansiosta, että tanko 16 iskeytyy onton sylinterin 14 pohjaa vasten ja onton sylinterin pohja suljetaan sekä tästä seuraavan ilman ylipaineen ansiosta, minkä lisäksi seulonta-aika lyhenee huomattavasti ja jauhehiukkasten mahdolliselta saostumiselta vältytään. Toiseksi saavutetaan paljon paremmat olosuhteet jauheen virtaukselle suppilon 23 ja putken 24 kierukan läpi mittauskupin 17 ja ankkurin 22 samanaikaisen värähtelyn ansiosta.

Sumutin muuttaa jauheen aerosolitilaan juuri edellä mainitulla tavalla. Laitteen sumuttimesta ulos virtaava aerosolivirta (kuvio 1) saapuu varauskammioon 2, joka muodostuu kahdesta koro-napurkausosastosta ja varausosastosta. Varauskammiossa 2 jauhe-hiukkaset saavat yksinapaiset suurjännitevaraukset, jotka ovat verrannolliset niiden pinta-alaan (niiden halkaisijan neliö), ja siinä aerosolivirta paisuu. Lisäksi lisäilmavirta pakotetaan varauskammion 2 läpi ilmapuhaltimen 7 avulla. Näin varatut hiukkaset syötetään varauskammiosta 2 sähköstaattiseen saosti-meen 3, joka on sovitettu rekisteröimään varattujen hiukkasten saostuskondensaattoriin 4 tulon koordinaatti. Kondensaattori on tehty poikkileikkaukseltaan suorakulmaiseksi putkeksi, jossa kaksi elektrodia, nimittäin suurjännite- ja saostuselektrodi, jotka on eristetty toisistaan dielektrisillä välikkeillä, kehittävät sähkökentän. Saostuselektrodin keskellä on mittaus- 10 75673 levyt, joiden lukumäärä vastaa mitattavien kokojakeiden lukumäärää .

Jauhehiukkaset erotetaan saostuskondensaattorissa 4 kokojakeik-si, ja kokojakeeltaan erilaiset hiukkaset saostuvat saostus-elektrodin eri alueille sähköstaattisen kentän voimien vaikutuksesta. Tuloksena on, että määrätyn kokojakeen omaavat hiukkaset saostuvat kunkin mittauslevyn päälle. Niin kauan kuin hiukkaset saostuvat ja niiden varaukset akkumuloituvat, mittauslevyt on kytketty irti mittauspiiristä. Kun jakeiksijakoprosessi on päättynyt, mittauslevyt kytketään vaihtokytkentälaitteen 5 välityksellä elektrometrisen vahvistimen 6 sisääntuloon, josta on seurauksena, että vahvistimen 6 lähtösignaali osoittautuu verrannolliseksi vastaavan tietyn kokojakeen omaavien hiukkasten kokonaisvaraukseen ja niin ollen hiukkasten määrään.

Kun jauhemaisten aineiden hiukkaskokojakauman mittausprosessi on suoritettu loppuun, kondensaattorin 4 staattiset varaukset neutraloidaan varauksen neutralointilaitteen 8 avulla, johon syötetään virtaa suurjännitelähteestä 9, käyttäen ilmapuhallin-ta, kun taas sumuttimen alue puhdistetaan käyttämällä kelasta 33 ja ankkurista 22 koostuvaa lisätärytintä.

Jauhehiukkasten paremman erotuksen ansiosta niiden koon suhteen ja sen ansiosta, että hiukkasia estetään saostumasta sumuttimen alueelle, voidaan: 1. mittauksen tarkkuutta huomattavasti parantaa ja analyysi-aikaa lyhentää, ja 2. jauheiden hiukkaskokojakauman analyysiin käytettävän laitteen käyttöaluetta laajentaa.

Claims (3)

11 75673